一種形狀記憶合金熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本實(shí)用新型屬于形狀記憶合金熱力學(xué)性能測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其是形狀記憶合金的熱機(jī)械疲勞失效行為。
【背景技術(shù)】
[0002]近三十年來興行的智能合金材料引起國內(nèi)外眾多學(xué)者進(jìn)行研究。其中，形狀記憶合金因其良好的生物相容性，輕質(zhì)耐磨以及特有的形狀記憶特性使得其廣泛應(yīng)用于機(jī)械，醫(yī)療，航空，汽車等行業(yè)。形狀記憶特性是指材料或結(jié)構(gòu)在低溫下進(jìn)行加載變形，卸載后的殘余變形在升溫后逐步恢復(fù)到加載前狀態(tài)的過程。材料或結(jié)構(gòu)在服役過程中，經(jīng)常發(fā)生循環(huán)往復(fù)的形狀記憶效應(yīng)，材料必將經(jīng)歷重復(fù)的加載-卸載-升溫-降溫-加載循環(huán)過程。在此過程中，形狀記憶合金的可恢復(fù)能力下降，在結(jié)構(gòu)疲勞發(fā)生之前有可能發(fā)生功能疲勞，影響其正常使用。由于形狀記憶合金是一種熱敏感材料，形狀記憶恢復(fù)過程需要溫度作為驅(qū)動力。因此，該合金的疲勞失效行為是典型的熱機(jī)械載荷耦合作用過程。
[0003]由于馬氏體相變是瞬時(shí)發(fā)生的，熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)需要有快速加熱和冷卻的裝置?，F(xiàn)已開發(fā)的實(shí)驗(yàn)方法仍存在著很多的不足:
[0004] 1)采用傳統(tǒng)高溫環(huán)境箱進(jìn)行加熱。該加熱方式升降溫緩慢，試驗(yàn)周期長，在所需大量循環(huán)實(shí)驗(yàn)的情況下，此種升溫方式效率低，無法開展形狀記憶合金的疲勞失效行為研究。
[0005] 2)在形狀記憶過程中，當(dāng)材料升溫恢復(fù)變形時(shí)，材料一旦達(dá)到馬氏體相變開始溫度立刻發(fā)生變形恢復(fù)。然而，環(huán)境箱加熱原理是通過熱輻射升溫，這將導(dǎo)致試樣表面溫度高于試樣內(nèi)部，即試樣受熱不均勻，表面材料與內(nèi)部材料將發(fā)生不同步的形狀記憶特性，對疲勞失效壽命會產(chǎn)生較大的影響。
[0006] 3)形狀記憶合金循環(huán)過程需要獲取力、溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)加熱方法很難同步記錄力、溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)。
[0007]4)在進(jìn)行形狀記憶熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)時(shí)，升溫-降溫過程中的的應(yīng)變響應(yīng)很大，需要精確控制升溫-降溫過程中的機(jī)械載荷，若采用電阻加熱與力學(xué)試驗(yàn)機(jī)組合的方式，電流若流入試驗(yàn)機(jī)會影響試驗(yàn)機(jī)液壓控制系統(tǒng)，若電流流入應(yīng)變引伸計(jì)會影響應(yīng)變傳感器測量精度，使其讀數(shù)不斷波動，因此還需解決絕緣問題。
[0008] 隨著形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)的廣泛應(yīng)用，對于材料的形狀記憶效應(yīng)疲勞失效研究進(jìn)而進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測顯得極為重要，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方法或只能獲得單個(gè)循環(huán)的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度曲線，無法進(jìn)行疲勞失效試驗(yàn)，或采用傳統(tǒng)溫度箱加熱，使得試驗(yàn)周期變長，且溫度數(shù)據(jù)不宜采集，無法獲得多個(gè)循環(huán)的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度曲線，或進(jìn)行多個(gè)循環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)無法精確控制力或位移，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，無法揭示材料形狀記憶效應(yīng)疲勞循環(huán)過程中的規(guī)律。故至今，仍缺少一種對于形狀記憶合金材料進(jìn)行熱機(jī)械循環(huán)疲勞實(shí)驗(yàn)的高效精確裝置【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是建立一種基于MTS實(shí)驗(yàn)機(jī)平臺的電加熱的形狀記憶合金熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，使其克服加熱設(shè)施與加載設(shè)施之間絕緣的難點(diǎn)，通過MTS的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了力、溫度和應(yīng)變的同步實(shí)時(shí)采集。
[〇〇1〇]本實(shí)用新型的目的是通過如下的手段實(shí)現(xiàn)的。
[0011]—種形狀記憶合金熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，與MTS試驗(yàn)機(jī)配合實(shí)施形狀記憶合金熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)，MTS控制器2控制試樣的加載和應(yīng)變數(shù)據(jù)的獲取處理。MTS試驗(yàn)機(jī)的試樣夾頭通過一絕緣夾持裝置與被測試樣8聯(lián)接；一可控電加熱電源4的輸出跨接在被測試樣8的兩端；一用于測量被測試樣即時(shí)溫度的溫度傳感器將溫度信號輸入MTS控制器2,溫度控制器7控制電源4的開斷使被測試樣保持選定的溫度；其中:
[0012]所述絕緣夾持裝置由一對絕緣套和置于絕緣套內(nèi)上傳力墊塊11和下傳力墊塊12構(gòu)成，上傳力墊塊11和下傳力墊塊12夾住試樣8與電熱導(dǎo)線，絕緣套10沿著軸向套在上傳力墊塊11和下傳力墊塊12組合體的外部；傳力墊塊上具有在試樣被拉伸時(shí)卡住試樣凸部的凸出塊16 ;所述被測試樣8為兩頭具有凸部，中段寬度一致的外形結(jié)構(gòu)。
[0013]通過如上的處理，常規(guī)的MTS試驗(yàn)機(jī)通過液壓夾頭可將絕緣套包含傳力墊塊以及試樣一起夾持。試樣絕緣套采用聚碳酸酯制備，經(jīng)過測試有良好的強(qiáng)度及剛度，適宜做本實(shí)用新型的絕緣套材料，MTS試驗(yàn)機(jī)引伸計(jì)刀片也經(jīng)過了絕緣處理。
[0014]機(jī)械加載主要由MTS試驗(yàn)機(jī)完成，可控制不同速率和不同軸向載荷下的多種實(shí)驗(yàn)工況；溫度加載主要由電源與試樣串聯(lián)后通電生熱。由于試樣中部橫截面積小且延長度方向一樣，故在測試區(qū)域溫度場趨于均勻。
[0015]MTS試驗(yàn)機(jī)的控制器2除控制機(jī)械載荷以外還承擔(dān)和試樣溫度的控制。其中，機(jī)械載荷測量控制主要通過MTS配備的常規(guī)的傳感器與控制系統(tǒng)完成。溫度測量控制，如圖2所示，熱電偶通過耐熱橡皮筋綁扎固定在試樣測溫點(diǎn)處，將熱電偶連接至溫度控制器即可實(shí)時(shí)顯示測量所得的溫度。通過變送器將溫度控制器捕捉的溫度信號轉(zhuǎn)化為MTS控制器能記錄的電壓信號，從而通過MTS控制器可以同步實(shí)時(shí)采集力、應(yīng)變和溫度數(shù)據(jù)。
[0016]本實(shí)用新型形狀記憶合金熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)用新型為形狀記憶合金材料的熱機(jī)械疲勞研究提供了一種試驗(yàn)設(shè)備，能夠高效的實(shí)現(xiàn)材料的升溫與降溫循環(huán)，且材料內(nèi)外升溫均勻，并解決了與液壓試驗(yàn)機(jī)之間的絕緣問題，實(shí)現(xiàn)了力、溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)的同步米集。
【附圖說明】
:
[0017]圖1本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)方法所述系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)方法系統(tǒng)中MTS試驗(yàn)機(jī)上試樣安裝示意圖。
[0019]圖3本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)方法中加熱系統(tǒng)與加載系統(tǒng)絕緣配件的裝配示意圖。
[0020]圖4本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)方法所測得的循環(huán)應(yīng)力-溫度-應(yīng)變曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面通過附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步闡述。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本實(shí)施例所涉及的基于電加熱以及MTS力控制平臺的形狀記憶合金的熱機(jī)械疲勞實(shí)驗(yàn)裝置，在MTS傳統(tǒng)機(jī)械載荷作用下，基于電阻加熱原理，考慮絕緣處理，對形狀記憶合金試樣直接通電加熱至馬氏體相變溫度，并將溫度信號傳輸至MTS控制器2,進(jìn)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，整體裝